SVĚTLO

Difrakce s vlastními prsty

IRSKO:

Zavřete jedno oko.

Dejte dva své prsty těsně k sobě.

Dotkněte se špičkami prstů svého obočí.

Pozorujte nějaký zdroj světla skrz štěrbinu mezi vašimi prsty.

Velmi úzké proužky, které vidíte, jsou ohybové obrazce.

Barvy snadno a jednoduše

V pěti následujících článcích najdete zjednodušené varianty klasických pokusů. Použité materiály jsou levné nebo snadno dostupné. Barevné filtry velmi dobré kvality mají mnoho využití a jejich příhodným zdrojem jsou dodavatelé divadelních osvětlení (jako např. Stage Lighting Centre off Pearse St. Dublin, 01-677 3044). Z velkého výběru barev, který mají obvykle k dispozici, si vyberte ty, které opravdu využijete. Jedná se většinou o červenou, zelenou a modrou barvu. (V mém případě se mi osvědčily tyto tři v řadě LEE Filters č.: 106, 139 a 363., které jsou v katalogu pod názvy PRIMARY RED, PRIMARY GREEN a SPECIAL MEDIUM BLUE.)

Barvy snadno a jednoduše 1: Zkoumáme bílé světlo

popisky v obrázku:

Zkoumáme bílé světlo

bílé světlo

skleněný hranol

červený filtr pohlcující zelené a modré světlo

červené světlo (propuštěné skrz červený filtr)

také:

Zelený filtr pohlcuje červené a modré světlo.

Modrý filtr pohlcuje červené a zelené světlo.

Nepotřebujeme žádné speciální vybavení. Jednou z možností, jak snadno získat přímý svazek rovnoběžných paprsků bílého světla, je přilepit dva kousky neprůhledného papíru na prázdný diapozitiv tak, že mezi nimi zůstane jen štěrbina užší než 1 mm. Takto upravený diapozitiv vložte do diaprojektoru. Do vzdálenosti několika centimetrů před objektiv projektoru umístěte trojboký hranol tak, aby se na plátně či na zdi objevilo barevné spektrum. Pro získání nejlepšího obrazu otáčejte hranolem, dokud nezískáte úhel minimální odchylky, a zaostřete projektor. Nyní se zeptejte svých studentů, co červený filtr udělá s bílým světlem. Nechte jeden kolovat a ukažte, že pohlcuje pouze zelené a modré světlo – a podobně i pro další základní barvy.

(Při použití zpětného projektoru použijte dva neprůhledné papíry velikosti A4 a položte je na desku projektoru tak, aby mezi nimi zůstala několikamilimetrová štěrbina. Stejně jako v předchozím případě umístěte hranol před čočky projektoru, vhodně přizpůsobte šířku mezery mezi papíry a zaostřete projektor tak, aby se na plátně či na zdi objevilo co nejzřetelnější spektrum barev.)

Barvy snadno a jednoduše 2: Skládání barev – pouze pomocí zrcadel

Připravte si diapozitiv s ČERVENÝM, ZELENÝM a MODRÝM filtrem vedle sebe. Pro výrobu 35 mm diapozitivu jsou nutné pouze tři kousky filtrů velkých přibližně 15 mm x 30 mm. Při jejich vložení či vlepení do 35 mm rámečku na diapozitiv se mohou částečně překrývat. Používáte-li zpětný projektor, použijte neprůsvitný papír velký nejméně 300 mm x 300 mm do něhož vyříznete tři podobné otvory. Přilepte kousky červeného, zeleného a modrého filtru na papír tak, aby otvory překrývaly. Toto tříbarevné „okénko“ položte na desku zpětného projektoru.

V dostatečně zatemněné místnosti promítněte tyto tři barvy na zeď. Vyberte trojici studentů a dejte každému jedno zrcátko. Požádejte jednoho, aby svým zrcátkem poslal „prasátko“ červeného světla na určité místo na zeď. Zeptejte se, co se stane, smícháme-li ho se zeleným.

Vyzvěte druhého studenta, aby pomocí svého zrcátka překryl zeleným světlem červené. Výsledná žlutá barva bývá obvykle pro studenty velkým překvapením. Pokračujte ve zkoušení dalších kombinací barev, dokud nedosáhnete přiměřeně bílé barvy.

popisky v obrázku:

Skládání základních barev světla

získáme tři smíšené barvy

žlutá

tmavě růžová

modrozelená

červená + zelená + modrá = bílá

Barvy snadno a jednoduše 3: Proč jsou červánky červené ?

popisky v obrázku:

Tyndallův efekt

projektor

kapátko s Dettolem
(pozn. editora: pro ukázku rozptylu stačí kápnout do vody trochu mléka)

rozptýlené bílé světlo je spíš modré nebo modrobílé jako obloha.

bílé promítací plátno

Prošlé světlo se, podobně jako červánky, postupně stává žlutým, oranžovým a červeným.

Tímto pokusem můžeme předvést vliv malých částic na světlo delší a kratší vlnové délky. Tento jev poprvé vysvětlil John Tyndall z Leighlinbridge, Co. Carlow.

Postavte kádinku s vodou (nebo akvárium) před objektiv projektoru. Neprůsvitný diapozitiv s kruhovým otvorem uprostřed nám poskytne přiměřený paprsek světla. Povšimněte si barvy světla, které vidíte na plátně. Nyní použijte kapátko, kterým postupně přidávejte Dettol do vody. Sledujte, kdy se paprsek světla rozptýlí natolik, že je možné ho přes sklo kádinky vidět. Má rozptýlené světlo modrý nádech? Pozorujte promítací plátno, barva světla po průchodu kádinkou se při přidávání Dettolu mění. Diskutujte se studenty vlnovou délku červeného a modrého světla a velikost částeček ve vzniklém koloidním roztoku. A také proč jsou například zadní mlhovky aut červené.

Barvy snadno a jednoduše 4: Červené světlo na kohoutku

popisky v obrázku:

úplný vnitřní odraz

odražené světlo zachycené v praménku vody

jasně červený bod na dně umyvadla

přívod vody

voda

pracovní stůl

válec

Vypijte vodu z plastové láhve! Vyřízněte v jejím boku malou kruhovou díru. Je vhodné dát do ní asi tak centimetrovou umělohmotnou trubičku nebo kousek brčka (ne příliš úzkého).

Postavte láhev vedle umyvadla a zároveň pod vodovodní kohoutek tak, aby z ní mohl trubičkou téci do umyvadla stálý pramínek vody. Nyní posviťte laserovým ukazovátkem skrz láhev do vytékajícího praménku. Pozorujte chování vody jako vodiče světla.

BEZPEČNOSTNÍ UPOZORNĚNÍ: Dbejte, aby laserový paprsek nezasáhl nikomu oči.

Barvy snadno a jednoduše 5: Nesnadná soutěž

popisky v obrázku:

Newtonův disk

barvy spektra

Pro zkoušení dalších barevných variant:

kotouč se základními barvami

kotouč se  složenými barvami

Vyzvěte studenty, aby si udělali různé papírové kotouče pokryté barevnými výsečemi. Jedna z možností je dát jim dostatek barevného papíru, kartón a nůžky. Je-li to možné, umožněte některým z nich doma či ve škole použít počítač s tiskárnou, na níž si tyto kruhy s různě barevnými výsečemi mohou vytisknout. Mohou hádat, které odstíny červené, oranžové, žluté, zelené, indigo a fialové a jejich zastoupení na kotouči budou nejlepší. Není to jednoduché – pro začátek vyberte jasné odstíny.

Nyní k samotné soutěži. Opatřete několik malých větráčků na baterie (k sehnání v obchodech za pár desítek korun) a trochu plastelíny (resp. „Blu-taku“, modré hmoty prodávané v papírnictví, k lepení čehokoliv na zeď, aniž by se zeď poškodila).

Vyzvěte každou ze soupeřících skupin, aby svůj kotouč na větráčku roztočila. Pozorujte společně výsledky a udělte cenu za barvu, která se nejvíce blíží bílé.

Odhad rychlosti světla pomocí několika měření s laserovou diodou

ŘECKO:

Změřením vlnové délky červeného světla laserového ukazovátka a minimálního napětí nutného k rozsvícení laserové diody můžeme řádově ověřit rychlost světla.

Optickou mřížku s mřížkovou konstantou 0,16 mm si autor vyrobil na počítači v grafickém programu a vytiskl na tiskárně. Získal tak 35 mm diapozitiv. Při našich pokusech jsme zjistili, že velmi dobře lze použít i optickou mřížku s 300 vrypy na milimetr. Baterii 9 V připojíme k potenciometru. Proměnné napětí na diodě měříme voltmetrem. Určíme minimální napětí, při němž se laserová dioda rozsvítí (dává při něm světlo jen velmi malé intenzity). Energie elektronu, procházejícího přes tento potenciálový rozdíl, udává přibližnou energii vyzářených fotonů. Vydělíme-li ji Planckovou konstantou, získáme frekvenci červeného světla. Změříme také vzdálenost mezi interferenčními proužky, zobrazenými optickou mřížkou a využijeme ji k výpočtu vlnové délky červeného světla. Součin f · λ je náš výsledný odhad rychlosti světla.

Spektrum "s překvapením"

POLSKO: Jerzy Jarosz a Aneta Szczygieska

popisky v obrázku:

spektrum získané na bílém podkladu průchodem světla skrz skleněný hranol

Pomalu pohybujte tužkou před spektrem.

Následující optický klam přinese překvapení i těm, kdo znají nejrůznější pokusy se světlem. Setrvačnost oka je dobře známa. Biografy a televize jsou na tomto zpoždění našeho vidění založeny. Překvapující však je, že tato prodleva je zřejmě různá pro různé barvy. V zatemněné místnosti promítněte přes skleněný hranol spektrum na plátno. Rovnou tyčku držte před spektrem tak, aby zakrývala trochu z každé jeho barvy. Poté začněte tyčkou pohybovat sem a tam před spektrem a pozorujte, co vidíte. Tyčka se zdá být znatelně zahnutá – ale pouze pokud se pohybuje před spektrem. Setrvačnost čípků v oku (citlivých na různé barvy) je pro červenou, zelenou a modrou barvu různá. Molekuly různých pigmentů v sítnici oka jsou „odbarveny“ a znovu aktivovány mnohokrát za vteřinu.

Geometrická optika s laserovým ukazovátkem

ŘECKO:

Na fotografii pořízené u řeckého stánku (na POS), vidíme tři soupravy pro optické experimenty, dovedně zhotovené ze dřeva a umístěné v dřevěných kufřících. Součástí každého z experimentů je laserové ukazovátko, vestavěné do pohyblivého dřevěného držáčku, který lze posunovat nebo jím otáčet do různých směrů. Student může namířit laserový paprsek do mnoha různých směrů na zakřivený kovový povrch, představující duté nebo vypouklé zrcadlo. Tak může pozorovat a zakreslit si dráhu různých odražených paprsků a sám tak objevit obrázky uváděné v učebnicích.